届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题九化学反应中的热效应 学案.docx

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届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题九化学反应中的热效应学案

专题九　化学反应中的热效应

[考试标准]

知识条目

必考要求

加试要求

1.化学反应中的热量

①化学反应中能量转化的主要形式

②吸热反应和放热反应

③从化学反应中的反应物的总能量与生成物的总能量变化理解反应中的热效应

④化学键的断裂和形成与反应中能量变化的关系

⑤热化学方程式的书写

⑥利用热化学方程式进行简单计算

⑦合理利用化石燃料，提高燃料燃烧效率的方法

a

a

b

b

a

b

a

b

a

b

c

b

c

a

2.太阳能、生物质能和氢能的利用

①太阳能开发利用的途径和方式

②生物质能的利用途径

③氢能的优点、开发与利用，了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题

a

a

a

a

a

a

3.化学反应中的热效应

①反应热

②焓变的含义

③焓变与键能的关系

④中和热的测定

⑤标准燃烧热的概念

⑥热值的概念

⑦盖斯定律及其简单计算

a

a

c

b

a

a

b

考点一　化学反应中的热量、热化学方程式

1．燃料的充分燃烧和反应热

（1）燃料的充分燃烧

①化石燃料主要包括煤、石油、天然气。

②可燃物燃烧的条件是与O2接触，温度达到着火点。

③充分燃烧的必要条件是O2要充足，与O2的接触面积要大。

④不充分燃烧则产热少，浪费资源，污染环境。

（2）反应热（焓变）

①定义：

在恒温、恒压的条件下，反应过程中吸收或释放的热量。

②符号：

ΔH。

③单位：

kJ/mol或kJ·mol－1。

④测量：

可用量热计测量。

⑤表示方法：

吸热反应的ΔH＞0；放热反应的ΔH＜0。

⑥产生原因：

化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量不相等，故化学反应均伴随着能量变化。

（3）放热反应和吸热反应的比较

放热反应

吸热反应

定义

放出热量的化学反应

吸收热量的化学反应

形成原因

反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量

反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量

与化学键的关系

生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量

生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量

表示方法

ΔH＜0

ΔH＞0

实例

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）

ΔH＝－184.5kJ·mol－1

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝131.3kJ·mol－1

特别提醒　

（1）化学反应表现为吸热或放热与反应开始是否需要加热无关。

需要加热的反应不一定是吸热反应，如C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＜0；不需要加热的反应也不一定是放热反应，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应。

（2）浓硫酸、NaOH固体溶于水放热，NH4NO3溶于水吸热，但此类热效应属于溶解热，不属于放热反应或吸热反应。

（3）利用放热反应和吸热反应可以比较反应物和生成物的相对稳定性，能量越低越稳定。

2．太阳能、生物质能和氢能的利用

（1）太阳能的利用

绿色植物的光合作用是太阳能的主要利用形式，地球上每年通过光合作用储存的太阳能，相当于全球能耗的10倍左右。

主要是通过

①光能―→化学能

6CO2＋6H2O

C6H12O6＋6O2。

②化学能―→热能

（C6H10O5）n＋nH2O

nC6H12O6。

C6H12O6＋6O2

6CO2＋6H2O。

（2）生物质能的利用

农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等这些物质中蕴藏着丰富的能量，我们把这些来自于植物及其加工产品所贮存的能量叫做生物质能。

生物质能利用的主要方式：

①直接燃烧

（C6H10O5）n＋6nO2

6nCO2＋5nH2O

②生物化学转换

（C6H10O5）n＋nH2O

nC6H12O6

C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2↑

③热化学转换

C6H12O6

3CH4↑＋3CO2↑

（C6H10O5）n＋nH2O

3nCH4↑＋3nCO2↑

（3）氢能的开发和利用

制氢气的原料是水，氢气燃烧的产物只有水，因此氢气是一种理想的清洁燃料。

3．热化学方程式的书写

（1）注明反应条件

反应热与测定条件（温度、压强等）有关。

绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。

（2）注明物质状态

常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。

（3）注意符号单位

ΔH应包括“＋”或“－”（“＋”可省略）、数字和单位（kJ·mol－1）。

（4）注意守恒关系

①原子守恒和得失电子守恒；

②能量守恒。

（5）区别于普通方程式

一般不标注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。

（6）注意热化学方程式的化学计量数

热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。

且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

可逆反应中ΔH指完全反应时的热效应。

题组一　化学反应中的能量变化

1．（2016·温州中学高一上学期期末）下列说法正确的是（　　）

A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B．任何放热反应在常温条件下一定能够发生

C．反应物和生成物所具有的总能量的差决定了化学反应是放热还是吸热

D．化学反应才有伴随能量变化，物理变化没有伴随能量变化

答案　C

解析　A项，需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，例如木炭燃烧，错误；B项，放热反应在常温条件下不一定能够发生，例如木炭燃烧，错误；C项，反应物和生成物所具有的总能量的差决定了化学反应是放热还是吸热，正确；D项，化学反应伴随能量变化，物理变化中也会伴随能量变化，错误。

2．（2017·浙江省东阳中学高一3月阶段性考试）

（1）下列变化属于吸热反应的是_____（填序号）。

①葡萄糖在人体内被氧化成CO2；②天然气的燃烧；③煅烧大理石；④稀盐酸与稀氨水混合；⑤生石灰与水反应生成熟石灰；⑥干冰的升华；⑦钠与水反应；⑧消石灰与氯化铵晶体的反应

（2）氢气燃烧生成液态水的热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1，请回答下列问题：

①生成物能量总和________（填“大于”“小于”或“等于”）反应物能量总和。

②反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）的能量变化如图所示。

已知拆开1molH2、1molO2和1molH—O中的化学键分别需要消耗436kJ、496kJ和463kJ能量，则此反应过程________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。

（3）已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）　ΔH＝11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

答案　

（1）③⑧　

（2）①小于　②放出　484　（3）299

题组二　能源的开发与利用

3．（2017·温州市十五校联合体高一下学期期中联考）下列关于燃料充分燃烧的说法中，错误的是（　　）

A．氧气量充足，燃烧充分

B．固体燃料块越大燃烧越充分

C．液体燃料燃烧时可以雾状喷出

D．温度必须达到着火点

答案　B

解析　A项，氧气量充足，燃烧充分，正确；B项，固体燃料块越大，接触面积越小，燃烧越不充分，错误；C项，液体燃料燃烧时可以雾状喷出增大反应物接触面积，加快反应速率，正确；D项，温度必须达到着火点，正确。

4．（2017·绍兴市高三3月教学质量调测）下列属于不可再生能源的是（　　）

A．氢气B．石油C．沼气D．酒精

答案　B

解析　煤、石油及天然气是化石能源，属于不可再生能源，而氢气、沼气、酒精及太阳能、风能等为可再生能源，故答案为B。

5．（2017·慈溪市高二上学期期中）下列有关能量转换的说法正确的是（　　）

A．煤燃烧是化学能全部转化为热能的过程

B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能

C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程

D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转化成热能的过程

答案　B

解析　A项，煤燃烧是化学能部分转化成热能，部分转化成其他能量的过程，错误；B项，化石燃料和植物燃料，燃烧时放出的能量最终来自于太阳能，正确；C项，是化学能转化成热能的过程，错误；D项，光合作用是把太阳能转化成化学能，错误。

题组三　热化学方程式的正误判断

6．（2017·宁波市十校高三9月联考）已知：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH1＝－483.6kJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2＝－571.6kJ·mol－1；据此判断，下列说法正确的是（　　）

A．2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH3＝xkJ·mol－1，x小于571.6

B．2mol氢气和1mol氧气的能量大于2mol液态水的能量

C．1molH2O（l）转变成1molH2O（g）放出44.0kJ热量

D．1molH2O（g）转变成1molH2O（l）放出88.0kJ热量

答案　B

解析　A项，热化学反应方程式的正过程热效应的绝对值等于逆过程热效应的绝对值，即x为571.6，错误；B项，氢气燃烧是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，即2mol氢气和1mol氧气的能量大于2mol液态水的能量，正确；C项，①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH1，②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2，（①－②）/2得H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝（ΔH1－ΔH2）/2kJ·mol－1＝44.0kJ·mol－1，此反应吸收44.0kJ的热量，错误；D项，根据C选项分析，1mol水蒸气转化成1mol液态水，放出的热量为44.0kJ，错误。

7．（2017·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试）已知1molCH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O，放出890.3kJ热量，表示该反应的热化学方程式正确的是（　　）

A．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝890.3kJ·mol－1

B．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1

C．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝890.3kJ·mol－1

D．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1

答案　B

解析　1molCH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O，放出890.3kJ热量，表示该反应的热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1，答案选B。

8．（2017·温州市高三第二次选考模拟）根据能量变化示意图，下列说法正确的是（　　）

A．C（金刚石，s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝（E4－E1）kJ·mol－1

B．2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）ΔH＝（E2－E3）kJ·mol－1

C．C（石墨，s）===C（金刚石，s）ΔH＝（E3－E4）kJ·mol－1

D．2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）ΔH＝2（E2－E1）kJ·mol－1

答案　D

解析　A项，金刚石燃烧是放热反应，ΔH＜0，错误；B项，根据图像可知1mol石墨不完全燃烧生成1molCO放出（E3－E2）kJ能量，则2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）ΔH＝2（E2－E3）kJ·mol－1，错误；C项，根据图像可知石墨的总能量低于金刚石，则C（石墨，s）===C（金刚石，s）ΔH＝（E4－E3）kJ·mol－1，错误；D项，CO2分解生成CO和氧气是吸热反应，则根据图像可知2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）　ΔH＝2（E2－E1）kJ·mol－1，正确。

“四审”快速判断热化学方程式正误

考点二　标准燃烧热、中和热、盖斯定律（加试）

1．焓变与反应热

（1）焓变、反应热

①定义：

在恒温、恒压条件下进行的反应的热效应。

②符号：

ΔH。

③单位：

kJ·mol－1。

（2）焓变与键能的关系

①键能

键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。

②ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和。

2．两类重要的反应热——标准燃烧热、中和热

（1）标准燃烧热

①概念：

在101kPa下，1mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热，其单位一般用kJ·mol－1。

②标准燃烧热的限定词有恒压（101kPa时）、可燃物的物质的量（1mol）、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

③表示的意义：

例如C的标准燃烧热为－393.5kJ·mol－1，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。

④书写热化学方程式：

标准燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写热化学方程式时，应以燃烧1mol纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

例如：

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1，即C8H18的标准燃烧热为－5518kJ·mol－1。

⑤标准燃烧热的计算：

可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放＝n（可燃物）×ΔH

式中：

Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的标准燃烧热。

（2）热值

1g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。

（3）中和热

①概念：

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热叫中和热。

②注意几个限定词：

①稀溶液；②生成物是1mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

③中和热的测定

a．测定原理

ΔH＝

c＝4.18J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。

b．装置如图（在横线上填写仪器的名称）

3．盖斯定律

（1）1840年化学家盖斯从实验中总结得出盖斯定律。

（2）内容：

一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关。

（3）根据下列反应过程，试判断ΔH的关系：

①aA

1,B

A

B

则ΔH1＝aΔH2。

②A

B

aB

aA

则ΔH2＝－aΔH1。

③

则ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

注意　在反应过程设计中，会遇到同一物质的三态（固、液、气）的相互变化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。

题组一　利用化学键的键能计算焓变

1．肼（H2N—NH2）是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如下图所示，已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：

N≡N为942、O===O为500、N—N为154，则断裂1molN—H键所需的能量（kJ）是（　　）

A．194B．391C．516D．658

答案　B

解析　由图知N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g），ΔH1＝－534kJ·mol－1，可设断裂1molN—H键所需能量为xkJ，由图得出：

ΔH1＝ΔH3＋ΔH2＝154kJ·mol－1＋4xkJ·mol－1＋500kJ·mol－1－2752kJ·mol－1＝－534kJ·mol－1，可求得x＝391，B项正确。

2．用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。

利用反应A，可实现氯的循环利用。

反应A：

4HCl＋O2

2Cl2＋2H2O。

已知：

i．反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量。

ii.

（1）A的热化学方程式是

。

（2）断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键（填“强”或“弱”）。

答案　

（1）4HCl（g）＋O2（g）

2Cl2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－115.6kJ·mol－1　

（2）31.9　强

解析　

（1）由题给条件可知，4molHCl被氧化，放出热量为115.6kJ，可知ΔH＝－115.6kJ·mol－1，反应A的热化学方程式是4HCl（g）＋O2（g）

2Cl2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－115.6kJ·mol－1。

（2）由ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和可得，E（H—O）－E（H—Cl）＝[115.6＋（498－2×243）]/4kJ·mol－1＝31.9kJ·mol－1，键能越大，化学键越稳定、越强，所以水中的H—O键比氯化氢中H—Cl键强。

解答反应热计算的题目时的注意事项

（1）不要把反应热与键能的关系和反应热与物质的总能量的关系相混淆。

反应热（焓变）ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝生成物的总能量－反应物的总能量。

（2）要弄清反应前后分子中的化学键类型和数目。

如N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）中，1molNH3分子中含有3molN—H键。

题组二　标准燃烧热、中和热

3．25℃、101kPa下，煤炭、氢气、天然气和甲醇（CH3OH）等几种燃料的热值（指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量）依次是33kJ·g－1、143kJ·g－1、56kJ·g－1、23kJ·g－1，则下列热化学方程式正确的是（　　）

A．C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－396kJ·mol－1

B．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－896kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1

D．CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝736kJ·mol－1

答案　B

解析　煤炭的热值是33kJ·g－1，则12g煤炭完全燃烧放出的热量为396kJ，所以热化学方程式为C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－396kJ·mol－1，A错误；天然气的热值是56kJ·g－1，则16gCH4放出的热量为896kJ，所以热化学方程式：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－896kJ·mol－1，B正确；氢气的热值是143kJ·g－1，则4gH2放出的热量为572kJ，所以热化学方程式：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1，C错误；甲醇（CH3OH）的热值是23kJ·g－1，则32gCH3OH放出的热量为736kJ，所以热化学方程式：

CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－736kJ·mol－1，D错误。

4．（2017·慈溪市高二上学期期中联考）已知298K时，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，推测含1molHCl的稀溶液与含1molNH3的稀溶液反应放出的热量（　　）

A．大于57.3kJB．等于57.3kJ

C．小于57.3kJD．无法确定

答案　C

解析　NH3·H2O是弱电解质，其电离是吸热过程，因此放出的热量小于57.3kJ，故选项C正确。

5．（2017·慈溪市高二上学期期中联考）强酸与强碱在稀溶液中发生中和反应的热化学方程式为H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，向3份同体积0.2mol·L－1的NaOH溶液中分别加入适量的稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸，恰好完全反应的热效应ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是（　　）

A．ΔH1＞ΔH2＞ΔH3

B．ΔH2＞ΔH3＞ΔH1

C．ΔH2＞ΔH1＞ΔH3

D．ΔH1＞ΔH3＞ΔH2

答案　D

解析　此反应是放热反应，ΔH<0，醋酸属于弱电解质，电离是吸热过程，放出的热量小于57.3kJ，浓硫酸遇水放出热量，反应放出的热量大于57.3kJ，稀硝酸和NaOH反应放出热量等于57.3kJ，因此有ΔH1＞ΔH3＞ΔH2，故选项D正确。

题组三　焓变大小的比较

6．（2017·慈溪市高二上学期期中联考）下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是（　　）

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH4

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH5

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH6

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH7

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH8

A．①B．④C．②③④D．①②③

答案　C

解析　①两个反应是放热反应，ΔH<0，CO是可燃性气体，还能继续燃烧放出热量，因此ΔH1<ΔH2，故错误；②燃烧时放出热量，ΔH<0，固体转化成气体，需要吸收热量，ΔH3＞ΔH4，故正确；③都是放热反应，2ΔH5＝ΔH6，故正确；④前者是吸热反应，ΔH＞0，后者是放热反应，ΔH<0，故正确；综上所述，选项C正确。

7．已知下列热化学方程式：

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH1＝akJ·mol－1

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2＝bkJ·mol－1

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH3＝ckJ·mol－1

④2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH4＝dkJ·mol－1

下列关系式中正确的是（　　）

A．a＜c＜0B．b＞d＞0

C．2a＝b＜0D．2c＝d＞0

答案　C

解析　H2的燃烧反应是放热反应，ΔH＜0，a、b、c、d都小于0，B、D两项错误；反应③与反应①相比较，产物的状态不同，H2O（g）的能量＞H2O（l）的能量，a＞c，A项错误；反应②的化学计量数是反应①的2倍，②的反应热也是①的2倍，即b＝2a＜0，C项正确。

8．在同温、同压下，下列各组热化学方程式中，ΔH1＞ΔH2的是（　　）

A．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH1＝－Q1kJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2＝－Q2kJ·mol－1

B．S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1＝－Q1kJ·mol－1

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2＝－Q2kJ·mol－1

C．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－Q1kJ·mol－1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2＝－Q2kJ·mol－1

D．H2（g）＋Cl2（g